CN107521649A - 船舶对转桨推进装置整机结构 - Google Patents

Abstract

一种船舶对转桨推进装置整机结构由机舱内发动机直接带动传动比为3∶1～40∶1一直线传递方式，零部件全部对称布置，结构简单、紧凑、运转平衡，噪音低，能自动调整适应和过载保护能力，能同时完成正、倒车，降速和动力分流的齿轮箱与环保油润滑或水润滑的艉轴系统以及两对转螺旋桨组成的新颖、高效、节能、环保型船舶推进装置，节能10‑15％提高航速和推进效率10％以上，采用最简单的液压冷却方式和创新的密封方案、摩擦片材料，是现代船舶推进升级换代理想方案。

Description

船舶对转桨推进装置整机结构

技术领域

本发明涉及机动船动力装置，是在发明专利“船舶对转桨推进装置”(专利号：ZL200710047212.5)基础上对整机作了创新，更加节能和环保，保护水域免受污染，并提高工作可靠性和使用寿命。

本发明对转桨技术其原理是船艉前螺旋桨发出的喇叭状水花旋转损失的能量被后桨吸收变成水平直线状水花产生更大的能量。这是经过多年来在同一条船在相同功率和工况条件下分别安装传统单桨推进装置和对转桨。经过多条不同类型船舶的对比试验、实船航行，大量数据证明对转桨船具有大量节能10～15％，提高航速和推进效率10％以上。

本发明通过机舱内发动机、联轴节直接带动传动比(3∶1～40∶1)齿轮箱、艉轴一直线传递到两对转桨，箱内零件全部对称布置，结构更简单、紧凑，运转平稳，振动噪声低，具有自动调整适应和过载保护能力，采用最简单的液压工作油路和冷却方式确保安全可靠工作。齿轮箱能同时完成正、倒车，降速和动力分流三大功能，它能充分吸收和高效利用艉轴的旋转能量，尤其是双桨具有先天性自动实现理想匹配的能力，它在无需任何操作情况下，远胜于电脑的精准控制，它甚至还能自动修正，由于计算，设计和加工过程中造成的少量误差，保证全工况运行，在所有状况下始终处于最佳工况，当然也包括倒车工况。当某一桨打坏时，另一桨能弥补其功率损失，故特别适用军用船舶。

综上所述，本发明是由发动机、高弹联轴节、齿轮箱、通过油润滑或水润滑艉轴系统与两对转桨匹配组成新颖、高效、节能、环保型船舶对转桨推进装置。

背景技术

传统推进装置是由机舱内发动机连接具有正、倒车和变速功能的齿轮箱，通过中间轴、艉轴带动单螺旋桨，不具备节能效应。此外齿轮箱噪音、振动大，齿轮传递功率损失大，轴承负荷大，结构复杂，制造成本高，不具备自动适应能力等。

对这种结构布置的船舶要改造成使用对转桨必须在原有齿轮箱后面增加动力分流装置，这必将造成结构复杂，重量大，外形尺寸大，制造成本高等不利因素，更主要是传动时能量损失也被提高，从而形成一系列负面作用，因此传统的技术和布置难以实现对转桨工作方式和技术要求，是传统的传动装置(齿轮箱)阻碍了对转桨的广泛使用和发展，因此寻找一种专门适合对转桨推进装置的理想变速箱来取代使用半个多世纪的传统齿轮箱是能否全面推广和使用大量节能的对转桨的关键。

本世纪初发明专利“船舶对转桨推进装置”(专利号：ZL200710047212.5)的出籠根本介决了全面使用对转桨的技术难题，设计出了专门适用对转桨运作的理想齿轮箱。

但上述专利在实施过程中还存在以下缺陷：

1、倒车离合器摩擦片离中心线较远，因而其运转时线速度高不利于稳定、安全工作，而且齿轮箱直径大外形尺寸大，重量增加。

2、07专利只提到油润滑艉轴方案，采用传统巴氏合金轴承制造成本高，易产生单边磨损，寿命短。

3、07专利对离合器的工作油和润滑冷却系统未作具体介绍，对润滑油泵只提到放在齿轮箱内，发生故障时维修不便，结构较复杂，齿轮箱外形尺寸大。

4、07专利的润滑油的油封要承受内外轴反向高速旋转相当于两倍转速情况下密封效果好需要长期试验，未提及更先进的密封方法和高质量的摩擦片材质。

发明内容

本发明在“船舶对转桨推进装置”(发明专利号：ZL200710047215.5)基础上作了以下创新：

1、在齿轮箱前腔中，倒车离合器的布置从原来行星架外圆处移至行星架左侧前方，与正车离合器并排布置在中心轴前后，其运转时线速度低，平稳，轴承负荷和振动噪声更低，因而船舶航行安全性可靠性，适用性，实用性更强，使用寿命长，齿轮箱直径小，重量轻，成本低。

2、本发明“船舶对转桨推进置整机结构”中齿轮箱的液压工作油泵和润滑系统叙述如下：

(1)油泵工作时机油自箱体经粗滤器压送至冷却器和精滤器，机油经冷却滤清后一路通过换向阀导至顺车离合器或倒车离合器的油缸，另一路自工作压力阀溢出，一部分经输入轴和传动轴中的油孔导至各润滑部位，大部分则回齿轮箱。润滑油压力可由润滑压力阀调节(0.05～0.3Mpa)当换向阀在仃车位置时，工作压力阀使系统压力保持在较低的初始压力范围(0.3～0.6Mpa)当换向阀在顺车或倒车位置时，即有一路压力油经节流阀导至工作压力阀的控制端，使系统压力从初始压力状态经2-5秒钟时间逐渐上升到离合器工作压力(1.1～1.3Mpa)

(2)油泵可由输入轴经齿轮传动带动的油泵放在箱内，但为了维修方便，结构简单和紧凑，本发明的油泵放在齿轮箱外。

3、本发明“船舶对转桨推进装置整机结构”

(1)采用油润滑时，齿轮箱后面输出相反方向旋转的外轴和内轴，齿轮箱后面的外联轴法蓝与外轴法蓝相连，外轴后端安装第一螺旋桨，齿轮箱后面的输出内轴与内联轴节相连，内轴后端安装第二螺旋桨。内联轴节两端以及外轴和艉管之间均安装推力轴承，推力轴承作用是保持内、外轴的轴向固定，又能承受轴向推力，减少齿轮箱承受推力，使其运转可靠。

本发明在艉管和外轴之间，外轴与内轴之间安装不同类型轴承降低成本，运转寿命长，安全可靠。艉管两端与外轴连接处安装可靠密封装置。艉管一端通过哈夫结构与船体螺钉连接另一端通过人字架与船体螺钉连接，也可以焊接，但要防止艉管焊接变形。艉部装舵。

(2)采用水润滑时，艉轴和外轴内表面安装水润滑特殊轴承，在艉管后端与外轴之间，在外轴后端与内轴之间均安装使水润滑特殊轴承达到无限使用寿命的不锈钢特殊装置。艉管两端的密封，前密封由水润滑艉轴密封装置内的特殊密封封水，而后密封由艉管后部的可靠新型骨架油封封水，水润滑艉轴密封装置的润滑水由经过过滤的一定压力和排量的水泵供水，不污染江湖，使生态环境得到最大保护。

4、本发明“船舶对转桨推进装置整机结构”中油润滑除采用能承受内外轴反向高速旋转，即两倍额定转速内外圈均有双唇口的骨架油封外，还推出聚四氟乙烯加碳纤维的两面都外镀硬铬(HRC50以上)的端面泛室封和PEEK聚米米铜加碳纤维耐磨性高取代骨架油封：此外以阻尼槽取代传统的“O”型密封圈，以纸质片、喷晒片作为高质量的液压离合器摩擦片。

5、本发明按齿数比确定两螺旋桨功率分担比例，是本发明最核心技术。

附图说明

下面结合附图详细描述本发明船舶对转桨推进装置整机结构的实施例，以便更清楚的了解本发明的目的，特点和优点。

图1是传统座舱机推进装置示意图；

图2是07发明专利“船舶对转桨推进装置”示意图；

图3是本发明“船舶对转桨推进装置整机结构”一实施例的侧视结构示意图；

图4是本发明“船舶对转桨推进装置整机结构”1号方案侧视结构示意图；

图5是本发明“船舶对转桨推进装置整机结构”2号方案侧视结构示意图；

图6是本发明“船舶对转桨推进装置整机结构”3号方案侧视结构示意图；

图7是本发明“船舶对转桨推进装置整机结构”4号方案侧视结构示意图；

图8是本发明船艉系统油润滑侧视结构示意图；

图9是本发明船艉系统水润滑侧视结构示意图；

图10是图3所示结构另一俯视图；

图11是本发明油润滑侧视结构整机结构形式；

图12是本发明水润滑侧视结构整机结构形式；

图13是本发明“船舶对转桨推进装置整机结构”油润滑油封结构示意图；

具体实施方式

为了方便和清楚起见，所有附图中相同符号表示相同的部件和结构

参看图1，传统的座舱机推进装置包括：固定在机舱内的发动机9A，一端与发动机飞轮连接的变速齿轮箱8A，一端与变速齿轮箱出口法蓝螺栓连接的中间转动轴5A(其中包括隔舱填料函7A和中间轴承6A)一与中间传动轴后端连接的艉轴管3A和艉轴 4A，一安装在艉轴4A伸出人字架2A外的螺旋桨1A。

参看图2，详见“船舶对转桨推进装置“(发明专利号：ZL200710047212.5)此处不作介绍。

参看图3，本发明“船舶对转桨推进装置整机结构”一实施例包括：固定在机舱内的发动机 12，一端与发动机飞轮11相连接的高弹性联轴节10，与高弹性联轴节10相连的齿轮箱9，齿轮箱两输出轴分别与外轴法蓝7和内联轴节8相连，外轴法蓝7与外轴5相连，内联轴节8与后桨轴6相连，以及分别安装在外轴5和后桨轴6末端的同轴线但旋转方向相反的第一螺旋桨1和第二螺旋桨2。

参看图4，所述齿轮箱1号方案的前腔室在船舶前进时表现为刚性连接，传递效率接近100％，倒车时倒车离合器工作，传递效率90％左右。速比3∶1～5∶1，一般对转桨为3叶和4叶组合，适合于中小货船，客船，近海小型客货船。由下述方式组成：

1、前腔：输入轴17I与联轴节10相连，安装油泵传动齿轮13IA和13IB，由13IB带动安装在齿轮箱外的油泵14I，输入轴17I另一端安装锥齿轮18I，通过行星架22I 与前腔输出轴23I相连，前腔输出轴23I一端安装锥齿轮19I，行星锥齿轮20I、21I 分别与锥齿轮18I、19I同时啮合。正车由正车离合器24I控制，倒车由安装在行星架22I左边的倒车离合器控制。正车时正车离合器24I合上，倒车离合器25I松开，转动部件包括行星齿轮20I、21I、行星架22I随输入轴17I、锥齿轮18I、19I一起以刚性传到后腔，前腔输出轴23I旋转方向与输入轴17I方向相同；倒车时倒车离合器 25I合上，正车离合器24I松开，此时行星架22I制动，输入轴17I通过锥齿轮18I 传给行星轮20I、21I再传给锥齿轮19I，前腔输出轴23I旋转方向与输入轴17I方向相反，所有锥齿轮为螺旋伞齿轮，行星架可用+字轴替代，离合器的液压油从箱体经粗滤器44I进入油泵14I再进入冷却器16I、液压控制器15I的管路进入。

2、后腔：前腔输出轴23I另一端安装太阳轮26I，与太阳轮26I啮合的行星轮27I和28I，安装在行星轴29I和30I的行星架31I行星轴29I和30I另一端安装另一行星轮32I 和33I，与另一行星轮32I和33I啮合的另一太阳轮34I，在行星架31I两端安装推力轴承26IA，与太阳轮34I螺接的后腔输出外轴35I和与行星架31I固连的后腔输出内轴36I，内联轴节8两端安装推力轴承36IA，外轴与艉管之间安装推力轴承(图中未画出)

参看图5，所述齿轮箱2号方案的前腔同1号方案。速比5∶1～8∶1，与之配合的对转桨为3 叶和4叶组合，适用于中小型客货船，游船，工程船，缉私船等。由下述方式组成：

1、前腔：与图4前腔相同。

2、后腔：前腔输出轴23II另一端安装太阳轮26II，与太阳轮26II啮合的行星轮27II和 28II，安装在行星轴29II和30II上的行星架31II，与行星轮27II和28II啮合的内齿圈 34II，行星架31II与后腔输出外轴35II固连，内齿圈34II与后腔输出内轴36II固连。在内齿圈34II两端安装推力轴承26IIA，内联轴节8两端安装推力轴承36IIA，外轴与艉管之间安装推力轴承(图中未画出)

参看图6，所述齿轮箱3号方案前腔有降速和倒车两大功能，与之配合的对转桨为4叶和5 叶组成或3叶和4叶组合，速比8∶1～15∶1适用大型客货轮，游船，工程船，快艇等。由下述方式组成：

1、前腔：输入轴17III与联轴节10相连，太阳轮18III与油泵被动齿轮13IIIB啮合，由 13IIIB通过小联轴节带动放在箱外的油泵14III，离合器液压油由箱内经粗滤器44III进入油泵14III再进入冷却器16III，液压控制器15III的管路进入。输入轴17III另一端安装太阳轮18III，行星轮20III和21III与太阳轮18III啮合，两行星轮20III和21III 轴上安装行星架22III，内齿圈23III和行星轮20III、21III啮合，同时与离合器24III 和25III的外壳为一刚性连接作前腔输出轴23III°。

当离合器24III闭合，行星架22III制动为正车，前腔输出轴23III°旋转方向和输入轴 17III方向相反。当离合器25III闭合，内齿圈23III制动为倒车，前腔输出轴23III°旋转方向和输入轴17III方向相同。

2、后腔与图4后腔相同。

参看图7，所述齿轮箱4号方案与配合的对转桨可采用4叶和5叶或3叶和4叶组合，速比 15∶1～40∶1，适合高速客轮，游船，快艇，大型客货轮等。由下述方式组成：

1、前腔：与图6前腔相同。

2、后腔：与图5后腔相同。

参看图8，所述齿轮箱9两输出轴后面组成的油润滑艉轴系统由下述方式组成：

齿轮箱9后面的两输出轴26、27相反方向旋转，输出外轴5与外联轴法蓝7相连，一安装在外轴5另一端的第一螺旋桨1，输出内轴27一端安装内联轴节8，内联轴节 8两端安装推力轴承36，一安装在内联轴节8后端的后桨轴6，一安装在后桨轴6另一端的第二螺旋桨2。两螺旋桨在同一轴线且旋转方向相反。外轴5外表面和内轴6 的外表面安装轴承39，39I和40，40I，轴承40和40I固定在艉管4内，艉管4外有密封装置38和38I，艉管4的前端用哈夫与船体固定，其后端与人字架3通过哈夫螺接或焊接，艉管人字架3另一端装舵41，艉部润滑油用环保润滑油经0.2Mpa液压试验不准漏油。

参看图9，所述齿轮箱9两输出轴后面组成的水润滑艉轴系统由下述方式组成：

外轴5内表面和艉管39水和39水I的内表面安装水润滑特殊轴承38水和38水I，而艉管39水焊接在船体上，艉管39水I焊在人字架3上，两艉管39水和39水I 之间通过艉轴管4用螺钉连接。艉管39水和39水I的前后密封座40水和40水I，艉部人字架3另一端装舵41，艉管39水前上方安装水润滑密封装置42，其中包括密封件，经过过滤器有一定压力和流量的水泵(图中未画出)以及水润滑特殊轴承 38水和38水I达到无限使用寿命的不锈钢特殊装置43.该不锈钢特殊装置43的结构介于两内外轴之间和外轴与艉管之间，它的作用是确保润滑水顺利通过，既不能锈蚀，又能阻止水中杂物进入，并使内外两轴相反方向正常旋转，承受相对速度为单轴两倍的转速它能使整个艉管和外轴内轴承间隙保持恒定，不因螺旋桨运转的重力和离心力使水润滑特殊轴承产生单边磨损，达到无限使用寿命，(见剖面图)

参看图10，本发明所述船舶对转桨推进装置整机结构由发动机12，其飞轮11经高弹性联轴节10，齿轮箱9(包括液压控制和润滑系统)外联轴法蓝7，内联轴节8，后桨轴6，外轴5，第一螺旋桨1，第二螺旋桨2均在船体中心线上。在船艉部船体中心线两侧可分别安装一台所述船舶对转桨推进装置整机结构。

参看图11，本发明所述船舶对转桨推进装置整机结构油润滑方案(适用游艇)由发动机12 经高弹性联轴节10，齿轮箱9，外联轴法蓝7，内联轴节8，外轴5，后桨轴6，艉管4，密封装置38，轴承39、40，第一螺旋桨1，第二螺旋桨2，舵41均在船体中心线上，在船艉部船体中心线两侧可分别安装一台所述船舶对转桨推进装置整机结构。

参看图12，本发明所述船舶对转桨推进装置整机结构水润滑方案(适用游艇)由发动机12经高弹性联轴节10，齿轮箱9，外联轴法蓝7，内联轴节8，外轴5，后桨轴6，艉管 4，水润滑密封装置42，水润滑特殊轴承38水以及使水润滑特殊轴承38水达到无限使用寿命的不锈钢特殊装置43，外轴5和前螺旋桨1相连，后桨轴6和后螺旋桨 2相连，船体艉部直接装舵41.上述部件均在船体中心线上，在船艉部船体中心线两侧可分别安装一台所述船舶对转桨推进装置整机结构。

参看图13，本发明所述船舶对转桨推进装置整机结构油润滑方案中

(1)聚四氟乙烯加碳纤维的两面都外镀硬铬(HRC50以上)的端面泛室封45

(2)PEEK聚米米铜加碳纤维耐磨性高的油封46

(3)阻尼槽47。

Claims (3)

1.一种船舶对转桨推进装置整机结构包括固定在机舱内的发动机，一端与发动机飞轮相连接的高弹性联轴节，再连接齿轮箱，所述齿轮箱两输出轴中，输出外轴通过外联轴法蓝、外轴与第一螺旋桨相连；输出内轴通过内联轴节、后桨轴与第二螺旋桨相连，两螺旋桨同轴线但旋转方向相反，所述齿轮箱按传动比不同分成四个方案实施，分别说明如下：

①所述齿轮箱1号方案其特征在于前腔包括一端与高弹性联轴节相连，其上安装油泵传动齿轮，另一端安装锥齿轮的输入轴，一一端安装另一锥齿轮的前腔输出轴，以及分别与上述两锥齿轮同时啮合的行星齿轮和可旋转的安装在两锥齿轮和两行星轮之间的行星架或十字轴，一安装在锥齿轮中间的正车离合器和一安装在行星架左边与正车离合器并排的倒车离合器，一与油泵传动齿轮啮合的油泵被动齿轮，一与油泵被动齿轮连接的安装在箱体外的油泵，一安装在齿轮箱端盖内侧上的粗过滤器，润滑油由齿轮箱进入粗过滤器再进入油泵吸口，经油泵进入冷却器到液压控制器管路，一路进入离合器工作油路，另一路分支经溢流阀回齿轮箱，经冷却后润滑油经带旁通阀的精滤器到各润滑点再回齿轮箱；

后腔包括一安装在前腔输出轴另一端的太阳轮，与太阳轮啮合的两行星轮，一安装在行星轮轴上的行星架和行星轴另一端的另两个行星轮，一与另两个行星轮啮合的另一太阳轮以及与另一太阳轮螺接的后腔输出外轴，与行星架固连的后腔输出内轴，所有锥齿轮均为螺旋伞齿轮，在行星架两端安装推力轴承，内联轴节两端和外轴与艉管之间均安装推力轴承，

②所述齿轮箱2号方案其特征在于前腔与1号方案前腔相同，

后腔包括一安装在前腔输出轴另一端的太阳轮，与太阳轮啮合的两行星轮，安装在两行星轮轴上的行星架，一分别与两行星轮啮合的内齿圈，与行星架固连的后腔输出外轴，与内齿圈固连的后腔输出内轴。在行星架两端安装推力轴承，在内联轴节两端和外轴与艉管之间安装推力轴承；

③所述齿轮箱3号方案其特征在于前腔包括一一端与高弹性联轴节相连，其上安装油泵传动齿轮，另一端安装太阳轮的输入轴，一分别与太阳轮啮合的两行星轮，一安装在两行星轮轴上的行星架，一分别与两行星轮啮合的内齿圈，内齿圈与离合器外壳刚性连接作前腔输出轴，一正车离合器和制动器，一倒车离合器和制动器，后腔行星架两端安装推力轴承，在内联轴节两端和外轴与艉管之间安装推力轴承；

一安装在高弹性联轴节出轴端与加长前太阳轮啮合的油泵被动齿轮，一与油泵被动齿轮通过小联轴节与箱外的油泵连接，一安装在齿轮箱端盖内侧上的粗过滤器，润滑油由齿轮箱进入粗过滤器再进入油泵吸口，经油泵进入冷却器到液压控制器管路，一路进入离合器工作油路，另一路分支经溢流阀回齿轮箱，经冷却后的润滑油再经过带旁通阀的精滤器到各润滑点再回齿轮箱；

④所述齿轮箱4号方案其特征在于前腔与3号方案前腔相同，后腔与2号方案后腔箱同。

本发明船舶对转桨推进装置整机结构其特征在于油润滑方案中除采用能承受内外轴反向高速旋转即两倍额定转速内外圈均有双唇口的骨架油封外，还推出聚四氟乙烯加碳纤维的两面都外镀硬铬(HRC50以上)的端面泛室封和PEEK聚米米铜加碳纤维的骨架油封以及阻尼槽密封，纸质片、喷洒片的液压离合器摩擦片；

⑤本发明按齿数比确定两螺旋桨功率分担比例；

⑥本发明所述船舶对转桨推进装置整机结构其特征在于齿轮箱四个方案实施的两端出轴后面的艉轴系统分为环保油润滑和水润滑两种，

①当艉管采用环保润滑油时，外轴和艉管之间，内轴和外轴之间采用相同或不同类型的轴承，艉管前后采用创新型骨架油封密封装置，艉管前端用哈夫固定在船体上，艉管后端用哈夫与人字架相连固定在船体上；

②当艉管采用水润滑时，外轴内表面和艉管内表面安装特殊轴承和水润滑特殊轴承达到无限使用寿命的不锈钢特殊装置，艉管前端安装水润滑艉轴密封装置和水泵供水系统，艉管前端固定在船体上，艉管后端固定在人字架上。

2.如权利要求1所述船舶对转桨推进装置整机结构其特征在于第一螺旋桨与第二螺旋桨是3叶、4叶配对和4叶、5叶配对或更多。

3.如权利要求1所述船舶对转桨推进装置整机结构其特征在于船艉部船体中心线两侧可分别安装一台所述船舶对转桨推进装置整机结构。